三维有限元技术在创伤骨科教学中的应用和优势

贺毅，刘舒淇

1.广州医科大学附属第五医院骨科，广东广州 510000；2.广州医科大学第五临床学院，广东广州 510000

在数字骨科中三维有限元技术属于教学的范围，数字骨科学属于较为新颖的一门学科，目前临床初步应用和研究成果显示这项学科具有前卫的发展前景和临床价值[1]。 最终的研究成果体现了优越、简单的性能，和其他生物力学的结果相似[2]。 目前三维建模技术已经较为成熟，在医学领域中受到一定重视，并逐渐推广在临床中[3]。 创伤骨科教学属于教学的一部分，所以如何将骨科临床教学质量提高属于较多骨科学者不断的研究方向[4]。 三维有限元技术可以有效帮助学生了解复杂骨折的治疗过程，同时可以了解损伤机制，为创伤骨科临床教学提供了更多的教学思路以及教学手段。 该文选取2019 年9 月—2020 年6 月某一教授所带的62 名学生，研究三维有限元技术在创伤骨科教学中的应用，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取某一教授所带的班级中的62 名学生，根据教学模式的不同分为两组，对照组31 名，男28 名，女3名；年龄21～25 岁，平均（22.4±1.3）岁。 研究组31 名，男29 名，女2 名；年龄20～24 岁，平均（21.9±1.0）岁。 两组一般资料差异无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。

1.2 方法

1.2.1 对照组 使用传统的教学方法：老师需要根据这学期骨科教学的大纲在课堂上讲解。 在讲解过程中学生一般不提出问题，在结束后给学生合理安排作业，在下次授课前对之前的内容提问。

1.2.2 研究组 通过利用三维有限元技术，重建跟骨骨折模拟治疗的模型实施教学。 主要的教学方式是踝骨骨折模型重建，并经过三维有限元技术模拟治疗流程，将复杂的知识展示出来。 在授课的过程中需要同一个教案和老师完成，之后实施理论笔试开始，考试的内容需要根据教学大纲制定，满分为100 分。 两组学生在完成考试之后需要对比考试成绩。

1.3 观察指标

①比较两组教学效果满意度。 使用问卷调查的形式进行评价：由教研人员对两组学生对教师教学效果进行问卷调查。 调查表由各教研人员一起设计,调查的内容主要是对老师的授课效果是否满意。 满意程度可分为满意、较满意、一般、不满意。 统一为学生发放调查表，填写完之后统一收回。

②比较两组学生教学效果。 其中包括学生对教学效果主观自评分数、实践成绩、理论成绩。

③比较两组学生对指导老师的教学模式评价。 评估对指导老师教学模式，分为满意、基本满意、不满意，总分为100 分，其中≥90 分为满意，60～89 为基本满意，低于60 分为不满意。

1.4 统计方法

采用SPSS 18.0 统计学软件处理数据，计量资料用（±s）表示，采用t 检验；计数资料采用[n（%）]表示，采用χ2检验，P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组教学效果满意度对比

研究组教学效果满意度高于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05），见表1。

表1 两组教学效果满意度对比

2.2 两组学生教学效果对比

研究组实践成绩、理论成绩、学生对教学效果主观自评分数高于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05），见表2。

表2 两组学生教学效果对比[（±s），分]

表2 两组学生教学效果对比[（±s），分]

组别对照组（n=31）研究组（n=31）t 值P 值实践成绩理论成绩 学生对教学效果主观自评分数77.5±5.7 90.2±6.2 11.134＜0.05 74.8±6.2 89.5±5.6 12.426＜0.05 72.5±3.0 87.2±5.4 13.804＜0.05

2.3 两组学生对指导老师教学模式评价对比

研究组学生对指导老师的教学模式评价高于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05），见表3。

表3 两组学生对指导老师的教学模式评价对比

3 讨论

三维有限元技术在创伤骨科教学中的优势。 从上世纪70 年代开始，有限元法就在脊柱生物学中被广泛的应用，最终得到的效果较为满意[5]。在近几年随着我国计算机及相关软件技术都在持续性发展，促使有限元法被迅速发展，在骨科生物学中被多次使用。 借助有限元法，可以有效对人们的人体骨骼力学性能充分体现，构建的模式和常规标本之间虽有较小的差别，但最终得到的研究成果较为显著。 目前阶段中创伤骨科教学中已经应用三维有限元技术实施对应的教学工作，最终得到的效果比较明显。

在对创伤骨科教学中应用三维有限元技术，可以促使学生在学习过程中，清楚了解创伤骨折的机制，并可以详细了解治疗过程，使原来抽象的理论知识更加全面展示出来，帮助学生提高学习效率[6]。提高在使用三维有限元技术教学时，还需要有形象生动的特点，使创伤骨科教学质量有提高。 经过应用此技术，可以将复杂的理论知识更加清楚地展示给学生，并且过程较为丰富有趣，加强对这方面的理论知识实施分析和理解[7]。 从外三维有限元技术对于骨折复位的流程进行模拟，帮助学生对内固定技术和骨折分型等知识进行迅速的记忆和理解，提高学习效率[8]。 这种教学方式和模拟在之前的挂图、板书为主的教学模式中被少数使用，在创伤骨科中的使用概率较低。 除此之外三维有限元技术具有较强的互动性，这种教学模式可以帮助学生参与到教学过程中，充分展示出学生们教学中的主体位置[9]。在这种教学模式中，学生可以通过操作计算机界面模拟需要学习导致创伤骨折发生的原因，还可以模拟骨折端在肌肉牵拉之后产生的移位方向，学生们对骨折中内固定稳定性实施测量，用时可以和教师们进行互动模式，达到良好的学习效果。 所以研究组教学效果满意度高于对照组（P＜0.05）。

使用三维有限元技术实施创伤骨科相关知识的教学中，学生可以真切感受到手术操作的过程，在这个过程中对实践流程有深入的认知，对建立和培养学生良好外科手术的理念有重要意义，为毕业后参加工作奠定了坚实基础，更好地帮助患者解决骨折痛苦，恢复正常生活[10]。

和传统的教学模式进行对比，三维有限元技术具有教学模式直观和效率较高的优势，可以在教学过程中发挥出学生们的主体地位，得到更好地教学质量和教学效果。 在教学过程中合理使用三维有限元技术可以对目前的教学模式进行优化，在现有的骨科教学中可以发挥出重要作用，同时可以提升教学质量，培养临床合格意识。此外，在进行教学过程中还需要将现代教育理论及教育思想作为基础，开展相应的教学环节，还需要在课堂上显示学生的主体地位。 在教学过程中，老师还需要将传统的教学手段和现代技术的优势进行融合，这样才可以将三维有限元技术优势发挥出，达到较好地教学效果。 研究组实践成绩、理论成绩、学生对教学效果主观自评分数高于对照组（P＜0.05），通过实践成绩、理论成绩、学生对教学效果主观自评分数这3 个方面来体现3 维有限元技术在教学中的作用。

综上所述，在创伤骨科教学中，三维有限元技术可以有效提高学生成绩，应当进一步推广应用。